DE102018103442A1 - Angle sensor system - Google Patents
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Abstract
Ein Winkelsensorsystem umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds und einen Winkelsensor zur Erfassung des Drehmagnetfelds, um einen Erfassungswinkelwert zu erzeugen. Das Drehmagnetfeld enthält erste und zweite Magnetfeldkomponenten, die zueinander orthogonal sind. Jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten enthält eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Fehlerkomponente, die der fünften Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Der Winkelsensor umfasst erste und zweite Erfassungssignalerzeugungseinheiten. Jede der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten umfasst eine Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds variiert. Die Magnetschicht ist mit einer magnetischen Anisotropie versehen, die eingestellt ist, um einen aus den Fehlerkomponenten der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten resultierenden Winkelfehler zu verkleinern.An angle sensor system includes a magnetic field generating unit for generating a rotating magnetic field and an angle sensor for detecting the rotating magnetic field to generate a detection angle value. The rotary magnetic field includes first and second magnetic field components that are orthogonal to each other. Each of the first and second magnetic field components includes an ideal magnetic field component and an error component corresponding to the fifth harmonic of the ideal magnetic field component. The angle sensor includes first and second detection signal generating units. Each of the first and second detection signal generating units includes a magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction of the rotating magnetic field. The magnetic layer is provided with a magnetic anisotropy adjusted to reduce an angle error resulting from the error components of the first and second magnetic field components.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Winkelsensorsystem, das eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkelsensor umfasst.The present invention relates to an angle sensor system comprising a magnetic field generating unit and an angle sensor.
Beschreibung der verwandten TechnikDescription of the Related Art
In den letzten Jahren wurden Winkelsensoren weitverbreitet in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise bei der Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder eines Servomotors in einem Kraftfahrzeug. Die Winkelsensoren erzeugen einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Beispiele der Winkelsensoren umfassen einen Magnetwinkelsensor. Ein Winkelsensorsystem, das einen Magnetwinkelsensor einsetzt, ist typischerweise mit einer Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds versehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung oder Linearbewegung eines Objekts verändert. Die Magnetfelderzeugungseinheit kann ein Magnet sein, der zum Beispiel eingerichtet ist, sich zu drehen. Der von dem Magnetwinkelsensor zu erfassende Winkel entspricht beispielsweise der Drehposition des Magneten.In recent years, angle sensors have been widely used in various applications, such as detecting the rotational position of a steering wheel or a servomotor in a motor vehicle. The angle sensors generate a detection angle value corresponding to an angle to be detected. Examples of the angle sensors include a magnetic angle sensor. An angle sensor system employing a magnetic angle sensor is typically provided with a magnetic field generating unit for generating a rotating magnetic field whose direction changes in response to the rotation or linear motion of an object. The magnetic field generating unit may be a magnet configured, for example, to rotate. The angle to be detected by the magnetic angle sensor corresponds, for example, to the rotational position of the magnet.
Unter bekannten Magnetwinkelsensoren ist ein Sensor, der eine Vielzahl von Erfassungsschaltungen zur Erzeugung einer Vielzahl von Erfassungssignalen mit unterschiedlichen Phasen umfasst und einen Erfassungswinkelwert mittels Durchführen von Berechnungen mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt, wie in der
Für die Magnetwinkelsensoren hat idealerweise jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen eine Wellenform einer sinusförmigen Kurve (umfassend eine Sinuswellenform und eine Cosinuswellenform), wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert. Jedoch gibt es Fälle, in denen die Wellenform von jedem Erfassungssignal gegenüber einer sinusförmigen Kure verzerrt ist. Eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal kann zu einem gewissen Fehler in dem Erfassungswinkelwert führen. Der in dem Erfassungswinkelwert auftretende Fehler wird nachfolgend als Winkelfehler bezeichnet.For the magnetic angle sensors, ideally, each of the plurality of detection signals has a waveform of a sinusoidal curve (including a sine waveform and a cosine waveform) when the angle to be detected varies with a predetermined period. However, there are cases where the waveform of each detection signal is distorted from a sinusoidal Kure. Distortion of the waveform of each detection signal may result in some error in the detection angle value. The error occurring in the detection angle value is hereinafter referred to as the angle error.
Bei einer Verzerrung der Wellenform enthält jedes Erfassungssignal eine Idealkomponente, die derart variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet, und eine Fehlerkomponente, die von der Idealkomponente verschieden ist. Ein Erfassungswinkelwert, der berechnet wird, wobei jedes Erfassungssignal nur aus der Idealkomponente besteht, entspricht einem wahren durch den Winkelsensor zu erfassenden Winkel. Ein solcher Erfassungswinkelwert wird nachfolgend als Idealwinkel bezeichnet. Der Winkelfehler ist die Differenz zwischen dem Idealwinkel und einem beliebigen Erfassungswinkelwert.In distortion of the waveform, each detection signal includes an ideal component that varies to map an ideal sinusoidal curve and an error component that is different from the ideal component. A detection angle value calculated, each detection signal consisting only of the ideal component, corresponds to a true angle to be detected by the angle sensor. Such a detection angle value is hereinafter referred to as ideal angle. The angle error is the difference between the ideal angle and any detection angle value.
Die Ursachen für die Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal werden allgemein in eine erste Ursache, die sich auf das Drehmagnetfeld bezieht, welches von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, und in eine zweite Ursache unterteilt, die sich auf das Magneterfassungselement bezieht. In dem Falle eines idealen Winkelsensorsystems, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, ist eine Wellenform, die eine Variation in der Stärke einer Komponente in einer Richtung des Drehmagnetfelds an der Position einer jeden Erfassungsschaltung darstellt, die nachfolgend als Feldstärkenwellenform bezeichnet wird, sinusförmig, und die Wellenform von jedem Erfassungssignal, das von jeder Erfassungsschaltung erzeugt wird, ist ebenfalls sinusförmig. Der Winkelfehler, der durch die erste Ursache verursacht wird, ist auf die Verzerrung der Feldstärkenwellenform gegenüber einer sinusförmigen Kurve zurückzuführen.The causes of the distortion of the waveform of each detection signal are generally divided into a first cause related to the rotating magnetic field generated by the magnetic field generating unit and a second cause related to the magnetic detection element. In the case of an ideal angle sensor system, when the angle to be detected varies with a predetermined period, a waveform representing a variation in the strength of a component in a direction of the rotating magnetic field at the position of each detection circuit, hereinafter referred to as a field strength waveform, is sinusoidal, and the waveform of each detection signal generated by each detection circuit is also sinusoidal. The angle error caused by the first cause is due to the distortion of the field strength waveform versus a sinusoidal curve.
Der durch die zweite Ursache verursachte Winkelfehler ist auf die Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal gegenüber einer sinusförmigen Kurve zurückzuführen, selbst wenn die Feldstärkenwellenform sinusförmig ist. Der durch die zweite Ursache verursachte Winkelfehler entsteht ebenfalls, wenn zum Beispiel die freie Schicht eines magnetoresistiven Elements, das als Magneterfassungselement dient, eine magnetische Anisotropie hat. Ein Winkelfehler kann ebenfalls durch die Kombination der ersten Ursache und der zweiten Ursache verursacht werden.The angle error caused by the second cause is due to the distortion of the waveform of each detection signal from a sinusoidal curve even if the field strength waveform is sinusoidal. The angle error caused by the second cause also arises when, for example, the free layer of a magnetoresistive element serving as a magnetic detection element has a magnetic anisotropy. An angle error can also be caused by the combination of the first cause and the second cause.
Der in
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Winkelsensorsystem bereitzustellen, das in der Ausgestaltung einfach ist und in der Lage ist, einen Winkelfehler in Zusammenhang mit einem Drehmagnetfeld zu verringern, das von einer Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird.It is an object of the present invention to provide an angle sensor system which is simple in design and capable of reducing an angle error associated with a rotary magnetic field generated by a magnetic field generating unit.
Ein Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung umfasst eine Magnetfelderzeugungseinheit und einen Winkelsensor. Die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt ein Drehmagnetfeld, dessen Richtung an einer vorgegebenen Erfassungsposition gemäß einem zu erfassenden Winkel variiert. Der Winkelsensor erfasst das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition und erzeugt einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Das Drehmagnetfeld an der Erfassungsposition enthält eine erste Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung, und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer zweiten Richtung, die zu der ersten Richtung orthogonal ist.An angle sensor system of the present invention includes a magnetic field generating unit and an angle sensor. The magnetic field generating unit generates a rotating magnetic field whose direction varies at a predetermined detection position according to an angle to be detected. The angle sensor detects the rotating magnetic field at the detection position and generates a detection angle value corresponding to an angle to be detected. The rotary magnetic field at the detection position includes a first magnetic field component in a first direction, and a second magnetic field component in a second direction orthogonal to the first direction.
Der Winkelsensor umfasst eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit, eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit, und eine Winkelerfassungseinheit. Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit erzeugt ein erstes Erfassungssignal mit einer Entsprechung zu dem Cosinus eines Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet. Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit erzeugt ein zweites Erfassungssignal mit einer Entsprechung zu dem Sinus des Winkels, den die Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition bezüglich der ersten Richtung bildet. Die Winkelerfassungseinheit erzeugt den Erfassungswinkelwert auf Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale.The angle sensor includes a first detection signal generation unit, a second detection signal generation unit, and an angle detection unit. The first detection signal generating unit generates a first detection signal having a correspondence to the cosine of an angle that the direction of the rotating magnetic field forms at the detection position with respect to the first direction. The second detection signal generation unit generates a second detection signal having a correspondence to the sine of the angle which the direction of the rotation magnetic field forms at the detection position with respect to the first direction. The angle detection unit generates the detection angle value based on the first and second detection signals.
Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit umfasst zumindest ein erstes Magneterfassungselement. Das zumindest eine erste Magneterfassungselement umfasst eine erste Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Die erste Magnetschicht ist mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen.The first detection signal generation unit includes at least a first magnetic detection element. The at least one first magnetic detection element includes a first magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction of the rotating magnetic field at the detection position. The first magnetic layer is provided with a first magnetic anisotropy.
Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit umfasst zumindest ein zweites Magneterfassungselement. Das zumindest eine zweite Magneterfassungselement umfasst eine zweite Magnetschicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Die zweite Magnetschicht ist mit einer zweiten magnetischen Anisotropie versehen.The second detection signal generation unit includes at least a second magnetic detection element. The at least one second magnetic detection element includes a second magnetic layer whose magnetization direction varies according to the direction of the rotational magnetic field at the detection position. The second magnetic layer is provided with a second magnetic anisotropy.
Wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten eine Idealmagnetfeldkomponente und eine Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen. Die Idealmagnetfeldkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die einer fünften Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen verursacht einen Fehler, der mit ¼ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert.When the angle to be detected varies with a predetermined period, each of the first and second magnetic field components includes an ideal magnetic field component and a fifth harmonic magnetic field component. The ideal magnetic field component varies periodically such that it maps an ideal sinusoidal curve. The fifth harmonic magnetic field component is an error component corresponding to a fifth harmonic of the ideal magnetic field component. The fifth harmonic magnetic field component causes an error that varies with ¼ of the predetermined period in the detection angle value.
Angenommen, dass jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten nur aus der Idealmagnetfeldkomponente besteht, wenn der zu erfassende Winkel mit der vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der ersten und zweiten Erfassungssignale eine Idealsignalkomponente und eine Signalkomponente der dritten Harmonischen. Die Idealsignalkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Signalkomponente der dritten Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die einer dritten Harmonischen der Idealsignalkomponente entspricht. Die Signalkomponente der dritten Harmonischen resultiert aus den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien und verursacht einen Fehler, der mit ¼ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert.Assuming that each of the first and second magnetic field components consists only of the ideal magnetic field component when the angle to be detected varies with the predetermined period, each of the first and second detection signals includes an ideal signal component and a third harmonic signal component. The ideal signal component varies periodically such that it maps an ideal sinusoidal curve. The signal component of the third harmonic is an error component corresponding to a third harmonic of the ideal signal component. The third harmonic signal component results from the first and second magnetic anisotropies and causes an error that varies in the detection angle value by ¼ of the predetermined period.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung sind die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien eingestellt, es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verkleinerten Fehler zu enthalten, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Fehler, den nur die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, als auch dem Fehler, den nur durch die Signalkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht. In the angle sensor system of the present invention, the first and second magnetic anisotropies are set to allow the detection angle value to contain a reduced error varying with ¼ of the predetermined period, compared with both the error that only the fifth harmonic magnetic field component in the Causes the detection angle value as well as the error caused only by the signal component of the third harmonic in the detection angle value.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können der Fehler, der nur durch die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht wird, und der Fehler, der nur durch die Signalkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht wird, eine Phasendifferenz von 45° haben.In the angle sensor system of the present invention, the error caused only by the fifth harmonic magnetic field component in the detection angle value and the error caused only by the third harmonic signal component in the detection angle value may have a phase difference of 45 °.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie magnetische Formanisotropien sein. Eine einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und eine einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, können orthogonal zueinander sein.In the angle sensor system of the present invention, both the first and second magnetic anisotropies may be magnetic shape anisotropies. A simple axis direction established by the first magnetic anisotropy and a simple axis direction established by the second magnetic anisotropy may be orthogonal to each other.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten ferner eine Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen enthalten, die eine Fehlerkomponente ist, die einer dritten Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen verursacht einen Fehler, der mit ½ der vorgegebenen Periode in dem Erfassungswinkelwert variiert. Der Winkelsensor kann den Fehler korrigieren, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht.In the angle sensor system of the present invention, when the angle to be detected varies with a predetermined period, each of the first and second magnetic field components may further include a third harmonic magnetic field component that is an error component corresponding to a third harmonic of the ideal magnetic field component. The magnetic field component of the third harmonic causes an error that varies with ½ the predetermined period in the detection angle value. The angle sensor can correct the error caused by the third harmonic magnetic field component in the detection angle value.
Die Winkelerfassungseinheit kann eine Korrekturverarbeitung durchführen, um den Fehler zu korrigieren, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht. Die Korrekturverarbeitung kann das Durchführen einer Umwandlungsberechnung umfassen, um die ersten und zweiten Erfassungssignale in erste und zweite Berechnungssignale umzuwandeln, die zur Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts verwendet werden sollen. Die Umwandlungsberechnung kann die ersten und zweiten Erfassungssignale in die ersten und zweiten Berechnungssignale umwandeln, um es dem Erfassungswinkelwert zu ermöglichen, einen verringerten Fehler zu enthalten, der mit ½ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit dem Fall der Berechnung des Erfassungswinkelwerts unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale in der Winkelberechnung.The angle detection unit may perform correction processing to correct the error caused by the third harmonic magnetic field component in the detection angle value. The correction processing may include performing a conversion calculation to convert the first and second detection signals into first and second calculation signals to be used for the angle calculation for calculating the detection angle value. The conversion calculation may convert the first and second detection signals into the first and second calculation signals to allow the detection angle value to include a reduced error that varies with ½ the predetermined period as compared with the case of calculating the detection angle value using the first and second calculation signals second detection signals in the angle calculation.
Eines von dem zumindest einen ersten Magneterfassungselement und dem zumindest einen zweiten Magneterfassungselement kann eine Magnetschicht umfassen, die mit einer dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, ist eine Schicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung des Drehmagnetfelds an der Erfassungsposition variiert. Der Fehler, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, kann vermittels der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie in dem anderen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements und der dritten magnetischen Anisotropie korrigiert werden. Die dritte magnetische Anisotropie kann eine magnetische Formanisotropie sein.One of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element may include a magnetic layer provided with a third magnetic anisotropy. The magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is a layer whose direction of magnetization varies according to the direction of the rotating magnetic field at the detection position. The error caused by the magnetic field component of the third harmonic in the detection angle value may be corrected by the first or second magnetic anisotropy in the other of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element and the third magnetic anisotropy. The third magnetic anisotropy may be magnetic shape anisotropy.
In dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements kann die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotrope versehen ist, eine andere als die erste oder zweite Magnetschicht sein. Alternativ kann bei dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die erste oder zweite Magnetschicht zusätzlich zu der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen sein.In the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy may be other than the first or second magnetic layer. Alternatively, in the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the first or second magnetic layer may be provided with the third magnetic anisotropy in addition to the first or second magnetic anisotropy.
Die dritte magnetische Anisotropie und die erste oder zweite magnetische Anisotropie, die dazu verwendet werden, den Fehler zu korrigieren, den die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen in dem Erfassungswinkelwert verursacht, können die gleiche einfache Achsenrichtung begründen.The third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy used to correct the error caused by the third harmonic field magnetic field component in the detection angle value may justify the same simple axis direction.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung können das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement jeweils ein oder mehrere magnetoresistive Elemente umfassen.In the angle sensor system of the present invention, the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element may each include one or more magnetoresistive elements.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet sein, der um eine Mittenachse drehbar ist. In einem solchen Fall kann die Erfassungsposition außerhalb der Mittenachse liegen. Der zu erfassende Winkel kann der Drehposition des Magneten entsprechen.In the angle sensor system of the present invention, the magnetic field generating unit may be a magnet which is rotatable about a center axis. In such a case, the detection position may be outside the center axis. The angle to be detected may correspond to the rotational position of the magnet.
Bei dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung kann die Magnetfelderzeugungseinheit ein Magnet sein, der eine Vielzahl von Paaren aus N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd in der ersten Richtung angeordnet sind. In diesem Fall kann die Relativposition des Magneten bezüglich der Erfassungsposition in der ersten Richtung variabel sein. Der zu erfassende Winkel kann ein Winkel sein, der die Relativposition des Magneten bezüglich der Erfassungsposition darstellt, wobei eine Teilung des Magneten 360° ist.In the angle sensor system of the present invention, the magnetic field generating unit may be a magnet including a plurality of pairs of N and S poles arranged alternately in the first direction. In this case, the relative position of the magnet with respect to the detection position in the first direction may be variable. The angle to be detected may be an angle representing the relative position of the magnet with respect to the detection position, wherein a pitch of the magnet is 360 °.
Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung nutzt die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien, um den Winkelfehler zu verkleinern, der aufgrund der Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen auftritt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit die Verringerung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld, das von der Magnetfelderzeugungseinheit erzeugt wird, ohne die Ausgestaltung zu verkomplizieren.The angle sensor system of the present invention utilizes the first and second magnetic anisotropies to reduce the angle error. which occurs due to the magnetic field component of the fifth harmonic. The present invention thus makes it possible to reduce the angular error associated with the rotating magnetic field generated by the magnetic field generating unit without complicating the configuration.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich.Other and further objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description.
Figurenlistelist of figures
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1 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.1 is a side view illustrating the general configuration of an angle sensor system according to a first embodiment of the invention. -
2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.2 FIG. 11 is a plan view illustrating the general configuration of the angle sensor system according to the first embodiment of the invention. FIG. -
3 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln darstellt, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.3 Fig. 12 is an explanatory diagram illustrating the definitions of directions and angles used in the first embodiment of the invention. -
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung einer Erfassungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.4 Fig. 10 is a circuit diagram illustrating a first example of a configuration of a detection unit of the first embodiment of the invention. -
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein zweites Beispiel einer Ausgestaltung der Erfassungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.5 Fig. 10 is a circuit diagram illustrating a second example of an embodiment of the detection unit of the first embodiment of the invention. -
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Magneterfassungselements, das in4 dargestellt ist.6 FIG. 15 is a perspective view of a part of a magnetic detection element incorporated in FIG4 is shown. -
7 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.7 Fig. 10 is a functional block diagram illustrating the configuration of an angle detection unit of the first embodiment of the invention. -
8 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen erster und zweiter Magnetfeldkomponenten in der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.8th FIG. 15 is a waveform diagram illustrating an example of waveforms of first and second magnetic field components in the first embodiment of the invention. FIG. -
9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der aus den ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten resultiert, die in8 gezeigt sind.9 FIG. 11 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting from the first and second magnetic field components included in FIG8th are shown. -
10 ist ein Wellenformdiagramm, das Wellenformen von jeweiligen Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten darstellt, die in8 gezeigt sind.10 FIG. 15 is a waveform diagram illustrating waveforms of respective third harmonic magnetic field components of the first and second magnetic field components included in FIG8th are shown. -
11 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen resultiert, die in10 gezeigt sind.11 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting only from third harmonic magnetic field components that are in10 are shown. -
12 ist ein Wellenformdiagramm, das Wellenformen von jeweiligen Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten darstellt, die in8 gezeigt sind.12 FIG. 15 is a waveform diagram illustrating waveforms of respective fifth-harmonic magnetic field components of the first and second magnetic field components shown in FIG8th are shown. -
13 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus den Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen resultiert, die in12 gezeigt sind.13 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting only from the fifth harmonic magnetic field components that are shown in FIG12 are shown. -
14 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen von ersten und zweiten Erfassungssignalen darstellt, die erhalten werden, wenn die erste und zweite Magnetfeldkomponente jeweils nur aus einer Idealmagnetfeldkomponente in der ersten Ausführungsform der Erfindung bestehen.14 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating an example of waveforms of first and second detection signals obtained when the first and second magnetic field components each consist of only one ideal magnetic field component in the first embodiment of the invention. -
15 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der nur aus jeweiligen Signalkomponenten der dritten Harmonischen der ersten und zweiten Erfassungssignale resultiert, die in14 gezeigt sind.15 FIG. 15 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting only from respective third harmonic signal components of the first and second detection signals shown in FIG14 are shown. -
16 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der in einem Erfassungswinkelwert auftritt, der mittels Durchführung einer Winkelberechnung mittels der ersten und zweiten Erfassungssignale in der ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten wird.16 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating an example of the waveform of an angle error occurring in a detection angle value obtained by performing angle calculation by the first and second detection signals in the first embodiment of the invention. FIG. -
17 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der in einem Erfassungswinkelwert auftritt, der mittels Durchführung einer Winkelberechnung mittels der ersten und zweiten Berechnungssignale in der ersten Ausführungsform der Erfindung erhalten wird.17 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating an exemplary waveform of an angle error occurring in a detection angle value obtained by performing an angle calculation using the first and second calculation signals in the first embodiment of the invention. FIG. -
18 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung einer Erfassungseinheit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.18 Fig. 10 is a circuit diagram illustrating a first example of a configuration of a detection unit of a second embodiment of the invention. -
19 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.19 Fig. 13 is a functional block diagram illustrating the configuration of an angle detection unit of the second embodiment of the invention. -
20 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers darstellt, der aus einer ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie und einer dritten magnetischen Anisotropie in der zweiten Ausführungsform der Erfindung resultiert.20 FIG. 12 is a waveform diagram illustrating the waveform of an angle error resulting from first or second magnetic anisotropy and third magnetic anisotropy in the second embodiment of the invention. -
21 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung einer Erfassungseinheit eines Winkel sensors einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.21 is a circuit diagram illustrating the configuration of a detection unit of a Angle sensor represents a third embodiment of the invention. -
22 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen ersten Zustand eines Winkelsensorsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.22 FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a first state of an angle sensor system according to a fourth embodiment of the invention. FIG. -
23 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen zweiten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.23 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a second state of the angle sensor system according to the fourth embodiment of the invention. FIG. -
24 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen dritten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.24 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a third state of the angle sensor system according to the fourth embodiment of the invention. FIG. -
25 ist ein Erläuterungsdiagramm, das einen vierten Zustand des Winkelsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.25 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating a fourth state of the angle sensor system according to the fourth embodiment of the invention. FIG.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
[Erste Ausführungsform]First Embodiment
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich anhand der Zeichnungen erläutert. Zunächst wird auf
Die Magnetfelderzeugungseinheit der vorliegenden Ausführungsform ist ein Magnet
Der Magnet
Der Winkelsensor
Die Erfassungsposition PR befindet sich in einer Referenzebene P, bei der es sich um eine imaginäre Ebene handelt, die parallel zu einer Endfläche des Magneten
Der Winkelsensor
Nun werden die Definitionen von Richtungen und Winkeln, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, unter Bezugnahme auf die
Die Erfassungsposition PR ist die Position, an der der Winkelsensor
Eine erste Richtung D1 und eine zweite Richtung D2 beziehen sich auf zwei Richtungen in der Referenzebene P, die orthogonal zueinander sind. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Richtung D1 die X-Richtung, und die zweite Richtung D2 ist die Y-Richtung.A first direction D1 and a second direction D2 refer to two directions in the reference plane P which are orthogonal to each other. In the present embodiment, the first direction D1 is the X direction, and the second direction D2 is the Y direction.
Wie in
Die Ausgestaltung der Erfassungseinheit
Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit
Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit
Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit
Sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie sind z.B. magnetische Formanisotropien. Die einfache Achsenrichtung, die von der ersten magnetischen Anisotropie begründet wird, und die einfache Achsenrichtung, die von der zweiten magnetischen Anisotropie begründet wird, sind zueinander orthogonal.Both the first and the second magnetic anisotropy are e.g. magnetic shape anisotropies. The simple axis direction established by the first magnetic anisotropy and the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy are orthogonal to each other.
Das zumindest eine erste Magneterfassungselement und das zumindest eine zweite Magneterfassungselement können jeweils ein oder mehrere magnetoresistive Elemente umfassen. Die ein oder mehreren magnetoresistiven Elemente können Riesenmagnetowiderstandselement(e) (GMR-Element(e)), Element(e) mit magnetischem Tunnelwiderstand (TMR-Element(e)) oder anisotrope magnetoresistive Element(e) (AMR-Element(e)) sein.The at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element may each comprise one or more magnetoresistive elements. The one or more magnetoresistive elements may be giant magnetoresistive element (s) (GMR element (s)), magnetic tunnel resistance element (s) (TMR element (s)) or anisotropic magnetoresistive element (s) (AMR element (s)) be.
Wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, so dass die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dazu veranlasst wird, mit der vorgegebenen Periode zu variieren, variiert jedes der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgenannten vorgegebenen Periode ist. Die Phase des zweiten Erfassungssignals S2 unterscheidet sich bevorzugt von jener des ersten Erfassungssignals S1 um 90°. Angesichts von Herstellungstoleranzen des Magneterfassungselements und anderen Faktoren kann die Phasendifferenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem zweiten Erfassungssignal S2 geringfügig von 90° abweichen. In der folgenden Beschreibung haben das erste Erfassungssignal S1 und das zweite Erfassungssignal S2 eine Phasendifferenz von 90°.When the target angle θ varies with a predetermined period so as to cause the direction DM of the rotary magnetic field MF to vary with the predetermined period, each of the first and second detection signals S1 and S2 periodically varies with a signal period equal to the aforementioned predetermined period is. The phase of the second detection signal S2 preferably differs from that of the first detection signal S1 by 90 °. In view of manufacturing tolerances of the magnetic detection element and other factors, the phase difference between the first detection signal S1 and the second detection signal S2 may slightly deviate from 90 °. In the following description, the first detection signal S1 and the second detection signal S2 have a phase difference of 90 °.
Es wird nun Bezug genommen auf
Jede der Wheatstone Brückenschaltungen
Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 kann eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Magnetowiderstandselementen (MR-Elementen) umfassen. Jedes der Vielzahl von MR-Elementen ist z.B. ein Spin-Ventil-MR Element. Das Spin-Ventil-MR-Element umfasst eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, die eine Magnetschicht ist, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet. Das Spin-Ventil-MR-Element kann ein TMR-Element oder ein GMR Element sein. Bei dem TMR Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Bei dem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische, leitfähige Schicht. Das Spin-Ventil MR-Element variiert im Widerstand gemäß dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht gegenüber der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung bildet, und hat einen Minimalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, und einen Maximalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In
Bei der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
Bei der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit
Angesichts der Herstellungstoleranzen der MR-Elemente und anderer Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der Vielzahl von MR-Elementen in den Erfassungssignalerzeugungseinheiten
Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 umfasst zumindest ein MR-Element, das eine freie Schicht enthält, die mit einer ersten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die mit der ersten magnetischen Anisotropie versehene freie Schicht entspricht der ersten Magnetschicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die freien Schichten aller der MR-Elemente, die in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
Jedes der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 12 umfasst zumindest ein MR-Element, das eine freie Schicht enthält, die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehene freie Schicht entspricht der zweiten Magnetschicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die freien Schichten aller MR-Elemente, die in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit
Nun erfolgt eine Beschreibung der Unterschiede zwischen der Erfassungseinheit
In der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
In der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
In der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, sind sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie z.B. magnetische Formanisotropien. In diesem Fall ermöglicht das Formen der MR-Elemente in eine Form, die in einer Richtung lang ist, beispielsweise eine elliptische Form, in einer Richtung senkrecht zu der Grenzfläche zwischen der freien Schicht und der nichtmagnetischen Schicht betrachtet, das Einstellen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien derart, dass die Längsrichtung der MR-Elemente mit einer einfachen Achsenrichtung übereinstimmt.In the present embodiment, as mentioned above, both the first and the second magnetic anisotropy are e.g. magnetic shape anisotropies. In this case, shaping the MR elements into a shape that is long in one direction, for example, an elliptical shape, viewed in a direction perpendicular to the interface between the free layer and the nonmagnetic layer, enables the first and second magnetic fields to be adjusted Anisotropies such that the longitudinal direction of the MR elements coincides with a simple axis direction.
Angesichts der Fertigungstoleranzen der MR-Elemente und anderer Faktoren können die einfachen Achsenrichtungen, die von den ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden, leicht von den oben genannten Richtungen abweichen.In view of the manufacturing tolerances of the MR elements and other factors, the simple axis directions established by the first and second magnetic anisotropies may be slightly different from the above directions.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eines der ersten und zweiten Beispiele, dargestellt in
Eine beispielhafte Ausgestaltung der Magneterfassungselemente wird nun unter Bezugnahme auf
Bei dem in
Es wird nun auf
Der A/D Wandler
Die Winkelberechnungseinheit
Nun erfolgt eine Beschreibung der Korrekturverarbeitung, die durch die Korrekturverarbeitungseinheit 23 durchgeführt werden soll. Die Korrekturverarbeitung umfasst eine Umwandlungsberechnung, um die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 in die ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb zur Verwendung in der Winkelberechnung umzuwandeln, um den Erfassungswinkelwert θs zu berechnen.Now, a description will be given of the correction processing to be performed by the
Bei der Umwandlungsberechnung werden zunächst die Signale S1a und S2a, die den Signalen S1 und S2 entsprechen, mittels Durchführung von Berechnungen unter Verwendung von Funktionen zur Korrektur von Offsets und Amplituden erzeugt. Konkret werden in der Korrekturverarbeitung die Signale S1a und S2a mithilfe der Funktionen erzeugt, die in den folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) ausgedrückt werden:
In Gleichung (1) stellen S1off und S1amp den Offset bzw. die Amplitude des ersten Signals S1 dar. In Gleichung (2) stellen S2off und S2amp den Offset bzw. die Amplitude des Signals S2 dar. Der Offset S1off und die Amplitude S1amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des Signals S1 bestimmt. Der Offset S2off und die Amplitude S2amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des Signals S2 bestimmt. Die Wellenformen für zumindest eine Periode der Signale S1 und S2 können vor dem Versand oder der Verwendung des Winkelsensorsystems
Jede der Gleichungen (1) und (2) enthält einen Korrekturparameter CP1. Der Korrekturparameter CP1 hat einen Wert von 1 oder nahe 1. Wenn der Korrekturparameter CP1 gleich 1 ist, stellen die Gleichungen (1) und (2) fundamentale Berechnungen zur Korrektur der Offsets und Amplituden der Signale S1 und S2 dar. Wenn der Korrekturparameter CP1 gleich 1 ist, erhalten die Signale S1a und S2a die gleiche Amplitude. Wenn der Korrekturparameter CP1 ungleich 1 ist, erhalten die Signale S1a und S2a nicht die gleiche Amplitude.Each of equations (1) and (2) includes a correction parameter CP1. The correction parameter CP1 has a value of 1 or near 1. When the correction parameter CP1 is 1, equations (1) and (2) represent fundamental calculations for correcting the offsets and amplitudes of the signals S1 and
In der Umwandlungsberechnung werden dann mithilfe der in den Gleichungen (3) bzw. (4) ausgedrückten Funktionen ein erstes anfängliches Berechnungssignal Sap und ein zweiten anfängliches Berechnungssignal Sbp erzeugt.
Bei der Umwandlungsberechnung werden mithilfe der in den folgenden Gleichungen (5) bzw. (
In Gleichung (5) stellt Sapamp die Amplitude des ersten initialen Berechnungssignals Sap dar. In Gleichung 6 stellt Sbpamp die Amplitude des zweiten initialen Berechnungssignals Sbp dar. Die Amplituden Sapamp und Sbpamp werden aus den Wellenformen für zumindest eine Periode der ersten und zweiten initialen Berechnungssignale Sap bzw. Sbp bestimmt. Die Wellenformen für zumindest eine Periode der ersten und zweiten initialen Berechnungssignale Sap und Sbp können vor dem Versand und der Verwendung des Winkelsensorsystems 1 erzeugt werden.In Equation (5), Sap amp represents the amplitude of the first initial calculation signal Sap. In
Jede der Gleichungen (5) und (6) enthält einen Korrekturparameter CP2. Der Korrekturparameter CP2 hat einen Wert von 1 oder nahe 1.Each of equations (5) and (6) includes a correction parameter CP2. The correction parameter CP2 has a value of 1 or close to 1.
Wenn beide Korrekturparameter CP1 und CP2 1 sind, stellen die Gleichungen (1) bis (6) fundamentale Berechnungen dar, um die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Berechnungssignalen Sa und Sb 90° werden zu lassen, und die Amplituden der ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb gleich werden zu lassen. Wenn der Korrekturparameter CP1 ungleich 1 ist, wird die Phasendifferenz zwischen den ersten und zweiten Berechnungssignalen Sa und Sb nahe 90°, wenn auch nicht exakt 90°. Wenn der Korrekturparameter CP2 ungleich 1 ist, erhalten die ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb nicht die gleiche Amplitude. Ein Verfahren zur Bestimmung der Korrekturparameter CP1 und CP2 wird später ausführlich beschrieben.When both the correction parameters CP1 and CP2 are 1, the equations (1) to (6) represent fundamental calculations for making the phase difference between the first and second calculation signals Sa and
Nun wird die Winkelberechnung beschrieben, die durch die Winkelberechnungseinheit 24 durchzuführen ist. Bei der Winkelberechnung wird der Erfassungswinkelwert θs mithilfe der ersten und zweiten Berechnungssignale Sa und Sb aus der folgenden Gleichung (7) berechnet. In Gleichung (7) stellt „atan“ die Arkustangens-Funktion dar.
In Gleichung (7) stellt α die Phasendifferenz zwischen dem Erfassungswinkelwert θs und dem Winkel dar, der durch die Berechnung von atan(Sb/Sa) bestimmt wird.In Equation (7), α represents the phase difference between the detection angle value θs and the angle determined by the calculation of atan (Sb / Sa).
Falls θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° liegt, führt Gleichung (7) auf zwei Lösungen, die sich im Wert um 180° voneinander unterscheiden. Welche der beiden Lösungen für θs in Gleichung (7) der wahre Wert von θs ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sa und Sb geschlossen werden. Die Winkelberechnungseinheit 24 bestimmt θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° mithilfe von Gleichung (7) und der vorgenannten Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sa und Sb.If θs is within the range of 0 ° to less than 360 °, equation (7) results in two solutions that differ in value by 180 ° from each other. Which of the two solutions for θs in equation (7) is the true value of θs can be deduced from the combination of positive and negative signs of Sa and Sb. The
Nun werden die Funktion und die Wirkungen des Winkelsensorsystems
Zunächst wird eine Beschreibung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit nur dem Drehmagnetfeld MF angegeben. Wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponente MF1 und MF2 des Drehmagnetfelds MF eine Idealmagnetfeldkomponente, eine Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und eine Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen. Die Idealmagnetfeldkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve abbildet. Die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die der dritten Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen ist eine Fehlerkomponente, die der fünften Harmonischen der Idealmagnetfeldkomponente entspricht. Die Idealmagnetfeldkomponente, die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen der ersten Magnetfeldkomponente MF1 werden nachfolgend mit MF10, MF1a bzw. MF1b bezeichnet. Die Idealmagnetfeldkomponente, die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen der zweiten Magnetfeldkomponente MF2 werden durch MF20, MF2a bzw. MF2b dargestellt.First, a description will be given of the angle error associated with only the rotary magnetic field MF. When the target angle θ varies with a predetermined period, each of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 of the rotary magnetic field MF includes an ideal magnetic field component, a third harmonic magnetic field component, and a fifth harmonic magnetic field component. The ideal magnetic field component varies periodically such that it maps an ideal sinusoidal curve. The third harmonic magnetic field component is an error component corresponding to the third harmonic of the ideal magnetic field component. The fifth harmonic magnetic field component is an error component corresponding to the fifth harmonic of the ideal magnetic field component. The ideal magnetic field component, the third harmonic magnetic field component and the fifth harmonic magnetic field component of the first magnetic field component MF1 are hereinafter referred to as MF10, MF1a and MF1b, respectively. The ideal magnetic field component, the third harmonic magnetic field component, and the fifth harmonic magnetic field component of the second Magnetic field component MF2 are represented by MF20, MF2a and MF2b, respectively.
Die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 bewirken einen Winkelfehler Ea in dem Erfassungswinkelwert θs, wobei der Winkelfehler Ea mit ½ der vorgegebenen Periode variiert. Die Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1b und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 verursachen einen Winkelfehler Eb in dem Erfassungswinkelwert θs, wobei der Winkelfehler Eb mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert.The third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 cause an angle error Ea in the detection angle value θs, and the angular error Ea varies with ½ the predetermined period. The fifth harmonic magnetic field components MF1b and MF2b of the first and second magnetic field components MF1 and MF2 cause an angle error Eb in the detection angle value θs, and the angular error Eb varies with ¼ of the predetermined period.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält jede der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF
Die Wellenform der Idealmagnetfeldkomponente MF10 der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in
Die Wellenform der Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen MF1a der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in
Die Wellenform der Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen MF1b der ersten Magnetfeldkomponente MF1, die in
Angenommen, dass der Winkelfehler Eab der einzige Winkelfehler ist, der in dem Erfassungswinkelwert θs auftritt, dann können die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 durch die folgenden Gleichungen (8) bzw. (9) dargestellt werden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Winkelfehlers, der in dem Erfassungswinkelwert θs aufgrund der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien auftritt. Zunächst sei angenommen, dass die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 nur aus den Idealmagnetfeldkomponenten MF
Die Wellenform der Idealsignalkomponente S10 des ersten Erfassungssignals S1, dargestellt in
Angenommen, dass der Winkelfehler Ec der einzige Winkelfehler ist, der in dem Erfassungswinkelwert θs auftritt, dann können die ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 durch die folgenden Gleichungen (10) bzw. (11) dargestellt werden.
Wie in
Das positive oder negative Vorzeichen von C1 kann verändert werden, indem die einfachen Achsenrichtungen, die durch die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden, geändert werden. Zum Beispiel macht die in
Die vorliegende Ausführungsform nutzt die oben beschriebene Eigenschaft zur Verringerung des Winkelfehlers Eb, der aus den Magnetfeldkomponenten der fünften Harmonischen MF1 und MF2 resultiert, mittels der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien wie folgt aus. Konkret werden in der vorliegenden Ausführungsform die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien derart eingestellt, dass sie es dem Erfassungswinkelwert θs ermöglichen, einen verringerten Winkelfehler zu enthalten, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Winkelfehler Eb als auch dem Winkelfehler Ec.The present embodiment utilizes the above-described property for reducing the angular error Eb resulting from the fifth harmonic magnetic field components MF1 and MF2 by means of the first and second magnetic anisotropies as follows. Specifically, in the present embodiment, the first and second magnetic anisotropies are set so as to allow the detection angle value θs to contain a reduced angle error that varies with ¼ of the predetermined period compared to both the angle error Eb and the angle error Ec.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können, wenn alle der Magnetfeldkomponenten der dritten und fünften Harmonischen MF1a, MF2a, MF1b, und MF2b der ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF
Hierbei soll ein Fall berücksichtigt werden, bei dem der Erfassungswinkelwert θs mittels Durchführung einer Winkelberechnung berechnet wird, die durch die folgende Gleichung (14) definiert ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2, die durch Gleichungen (12) und (13) gegeben sind.
Ein Winkelfehler, der in dem Erfassungswinkelwert θs auftritt, wird in diesem Fall durch das Bezugszeichen Eabc dargestellt.
Bei dem in
Nun werden ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung von C1 und der einfachen Achsenrichtungen und der Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien beschrieben. Zunächst wird die Wellenform des Winkelfehlers Eb durch B1 bestimmt. B1 ist daher aus der Wellenform des Winkelfehlers Eb erhaltbar.Now, an exemplary method for determining C 1 and the simple axis directions and sizes of the first and second magnetic anisotropies will be described. First, the waveform of the angle error Eb is determined by B 1 . B 1 is therefore obtainable from the waveform of the angular error Eb.
Damit der Erfassungswinkelwert θs einen verringerten Winkelfehler enthält, der mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit sowohl dem Winkelfehler Eb als auch dem Winkelfehler Ec, wird C1 so bestimmt, dass es das gleiche positive oder negative Vorzeichen wie B1 hat und dass es den Betrag von (B1 - C1) kleiner als den Betrag von B1 macht. Je kleiner der Betrag von (B1 - C1) ist, umso bevorzugter ist er. Der Betrag von (B1 - C1) ist bevorzugt kleiner oder gleich 1/2 des Betrags von B1.In order for the detection angle value θs to contain a reduced angle error that varies with ¼ of the predetermined period compared to both the angle error Eb and the angle error Ec, C 1 is determined to have the same positive or negative sign as B 1 and to be makes the amount of (B 1 -C 1 ) smaller than the amount of B 1 . The smaller the amount of (B 1 -C 1 ), the more preferable it is. The amount of (B 1 -C 1 ) is preferably less than or equal to 1/2 of the amount of B 1 .
Wie zuvor erwähnt kann das positive oder negative Vorzeichen von C1 durch Änderung der einfachen Achsenrichtung erfolgen, die durch die ersten und zweiten magnetischen Anisotropien begründet werden. Der Betrag von C1 hat eine Beziehung zu den Beträgen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien. Durch Erhalt, vorab, der Beziehungen zwischen C1 und den einfachen Achsenrichtungen und den Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien, ist es möglich, die einfachen Achsenrichtungen und die Größen der ersten und zweiten magnetischen Anisotropien auf der Grundlage der erhaltenen Beziehungen zu bestimmen, um einen erwünschten Wert von C1 zu erhalten.As previously mentioned, the positive or negative sign of C 1 can be made by changing the simple axis direction established by the first and second magnetic anisotropies. The amount of C 1 has a relation to the amounts of the first and second magnetic anisotropies. By obtaining, in advance, the relationships between C 1 and the simple axis directions and the magnitudes of the first and second magnetic anisotropies, it is possible to determine the simple axis directions and magnitudes of the first and second magnetic anisotropies based on the obtained relationships to obtain a desired value of C 1 .
Wenn die ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten MF1 und MF2 die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a bzw. MF2a enthalten, resultiert das Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs mittels Durchführung einer Winkelberechnung mithilfe der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 in dem Auftreten des Winkelfehlers Eabc in dem Erfassungswinkelwert θs. Wie in
In der vorliegenden Ausführungsform korrigiert die in
Nun werden die Beziehungen zwischen dem magnetfeldbezogenen Winkelfehler zweiter Ordnung und den Korrekturparametern CP1 und CP2 beschrieben. Der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung enthält eine erste Komponente und eine zweite Komponente. Die erste Komponente und die zweite Komponente haben eine Phasendifferenz von 45°. Die Amplitude der ersten Komponente variiert in Abhängigkeit von dem Wert des Korrekturparameters CP1. Die erste Komponente kann daher verringert werden, indem der Wert des Korrekturparameters CP1 gemäß der Amplitude der ersten Komponente eingestellt wird. Die Amplitude der zweiten Komponente variiert in Abhängigkeit des Werts des Korrekturparameters CP2. Die zweite Komponente kann somit durch Einstellen des Werts des Korrekturparameters CP2 gemäß der Amplitude der zweiten Komponente verringert werden. Die Amplituden der ersten und zweiten Komponenten können zum Beispiel erhalten werden, indem der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung einer Fouriertransformation unterzogen wird.Now, the relationships between the second order magnetic field angle error and the correction parameters CP1 and CP2 will be described. The magnetic-field-related angular error of the second order contains a first component and a second component. The first component and the second component have a phase difference of 45 °. The amplitude of the first component varies depending on the value of the correction parameter CP1. The first component can therefore be reduced by adjusting the value of the correction parameter CP1 according to the amplitude of the first component. The amplitude of the second component varies depending on the value of the correction parameter CP2. The second component can thus be reduced by adjusting the value of the correction parameter CP2 according to the amplitude of the second component. For example, the amplitudes of the first and second components may be obtained by subjecting the second order magnetic field related angular error to Fourier transformation.
Nun soll Es den Winkelfehler des Erfassungswinkelwerts θs darstellen, wenn dieser durch die Winkelberechnungseinheit
Vor diesem Hintergrund ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verringerung des Winkelfehlers im Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF, das durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit erzeugt wird. In der vorliegenden Ausführungsform benötigt der Winkelsensor
[Zweite Ausführungsform]Second Embodiment
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
Die Erfassungseinheit
Die erste Erfassungssignalerzeugungseinheit
Die zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit
Sowohl die erste als auch die zweite magnetische Anisotropie sind zum Beispiel magnetische Formanisotropien. Die einfache Achsenrichtung, die durch die erste magnetische Anisotropie begründet wird, und die einfache Achsenrichtung, die durch die zweite magnetische Anisotropie begründet wird, sind zueinander orthogonal.Both the first and the second magnetic anisotropy are magnetic shape anisotropies, for example. The simple axis direction established by the first magnetic anisotropy and the simple axis direction established by the second magnetic anisotropy are orthogonal to each other.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst das zumindest eine erste Magneterfassungselement bzw. das zumindest eine zweite Magneterfassungselement eine Magnetschicht, die mit einer dritten magnetischen Anisotropie versehen ist. Die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, ist eine Schicht, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF an der Erfassungsposition PR variiert. Die dritte magnetische Anisotropie ist zum Beispiel eine magnetische Formanisotropie. In the present embodiment, the at least one first magnetic detection element or the at least one second magnetic detection element comprises a magnetic layer which is provided with a third magnetic anisotropy. The magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is a layer whose direction of magnetization varies in accordance with the direction DM of the rotary magnetic field MF at the detection position PR. The third magnetic anisotropy is, for example, a magnetic shape anisotropy.
In der vorliegenden Ausführungsform ist in dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die Magnetschicht, die mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen ist, von der ersten oder zweiten Magnetschicht verschieden.In the present embodiment, in the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the magnetic layer provided with the third magnetic anisotropy is different from the first or second magnetic layer.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Fehler, den die Magnetfeldkomponenten der dritten Harmonischen MF1a und MF2a in dem Erfassungswinkelwert θs verursachen, also der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung, der in Zusammengang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, unter Verwendung der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie in dem anderen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselement und der dritten magnetischen Anisotropie korrigiert. Die dritte magnetische Anisotropie und die erste oder zweite magnetische Anisotropie, die zur Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung verwendet werden, begründen die gleiche einfache Achsenrichtung.In the present embodiment, the error caused by the third harmonic magnetic field components MF1a and MF2a in the detection angle value θs, that is, the second order magnetic field related angle error described in connection with the first embodiment, is determined by using the first or second magnetic anisotropy in FIG other of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element and the third magnetic anisotropy corrected. The third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy used to correct the second-order magnetic field angle error justify the same simple axis direction.
Es wird nun auf
Jede der Wheatstone Brückenschaltungen
Die Magneterfassungselemente R11 und R12 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem ersten Ausgangsanschluss E1 bereitgestellt. Die Magneterfassungselemente R21 und R22 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem ersten Ausgangsanschluss E1 und dem Masseanschluss G bereitgestellt. Die Magneterfassungselemente R31 und R32 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem Stromversorgungsanschluss V und dem zweiten Ausgangsanschluss E2 bereitgestellt. Die Magneterfassungselemente R41 und R42 sind in Reihe geschaltet und zwischen dem zweiten Ausgangsanschluss E2 und dem Masseanschluss G bereitgestellt. Eine Versorgungsspannung vorgegebener Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V angelegt. Der Massenanschluss G ist geerdet.The magnetic detection elements R11 and R12 are connected in series and provided between the power supply terminal V and the first output terminal E1. The magnetic detection elements R21 and R22 are connected in series and provided between the first output terminal E1 and the ground terminal G. The magnetic detection elements R31 and R32 are connected in series and provided between the power supply terminal V and the second output terminal E2. The magnetic detection elements R41 and R42 are connected in series and provided between the second output terminal E2 and the ground terminal G. A supply voltage of a predetermined size is applied to the power supply terminal V. The ground connection G is grounded.
Jedes der Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, und R42 umfasst ein oder mehrere MR-Elemente. Jedes MR-Element hat die gleiche Ausgestaltung wie in der ersten Ausführungsform.Each of the magnetic detection elements R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, and R42 includes one or more MR elements. Each MR element has the same configuration as in the first embodiment.
In der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
In der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit
Angesichts von Fertigungstoleranzen der MR-Elemente und anderen Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente in den Erfassungssignalerzeugungseinheiten
In dem ersten Beispiel ist die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, und R42 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
Die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R11, R21, R31 und R41 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 enthalten sind, ist mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen. Die freie Schicht, die mit der zweiten magnetischen Anisotropie versehen ist, entspricht der zweiten Magnetschicht. The free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R11, R21, R31, and R41 in the second detection
Die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R12, R22, R32, und R42 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit 112 enthalten sind, ist mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen.The free layer of at least one of the one or more MR elements included in each of the magnetic detection elements R12, R22, R32, and R42 in the second detection
In
Nun werden die zweiten bis vierten Beispiele der Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten
In den dritten und vierten Beispielen, wie in dem in
In dem dritten Beispiel umfasst das zumindest eine zweite Magneterfassungselement in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit
In dem vierten Beispiel umfasst das zumindest eine Magneterfassungselement in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
In Anbetracht der Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die einfachen Achsenrichtungen in den obigen ersten bis vierten Beispielen geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen abweichen.In consideration of the production accuracy of the MR elements and other factors, the simple axis directions in the above first to fourth examples may slightly deviate from the directions described above.
Nun wird die Ausgestaltung der Winkelerfassungseinheit
Nun werden die Funktionsweise und die Wirkungen des Winkelsensorsystems
Wenn die einfache Achsenrichtung, die durch die dritte magnetische Anisotropie begründet wird, parallel zu der X-Richtung ist, wie in den dritten und vierten Beispielen, hat die Phase des elementbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung Ed die in
In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte magnetische Anisotropie und die erste oder zweite magnetische Anisotropie zur Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung eingestellt, um zu bewirken, dass der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung und der elementbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung Ed eine Phasendifferenz von 90° oder fast 90° haben, und die gleiche oder nahezu die gleiche Amplitude haben. Hierdurch wird eine Korrektur des magnetfeldbezogenen Winkelfehlers zweiter Ordnung erzielt.In the present embodiment, the third magnetic anisotropy and the first or second magnetic anisotropy are adjusted to correct the second order magnetic field angle error to cause the second order magnetic field angle error and second order element angular error Ed to have a phase difference of 90 ° or nearly 90 ° °, and have the same or nearly the same amplitude. As a result, a correction of the magnetic-field-related angular error of the second order is achieved.
Die vorliegende Ausführungsform beseitigt den Bedarf an der Korrekturverarbeitungseinheit 23 der ersten Ausführungsform, wodurch eine Verringerung des Winkelfehlers in Zusammenhang mit dem Drehmagnetfeld MF ermöglicht wird, das durch die Magnetfelderzeugungseinheit mit einer simpleren Ausgestaltung erzeugt wird.The present embodiment eliminates the need for the
Die übrige Ausgestaltung, Funktionsweise und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.The other configuration, operation and effects of the present embodiment are the same as those of the first embodiment.
[Dritte Ausführungsform]Third Embodiment
Nun wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei dem Winkelsensor
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in dem einen des zumindest einen ersten Magneterfassungselements und des zumindest einen zweiten Magneterfassungselements die erste oder zweite Magnetschicht mit der dritten magnetischen Anisotropie versehen, zusätzlich zu der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie. Die Einzelheiten der ersten bis dritten magnetischen Anisotropien sind die gleichen wie jene der zweiten Ausführungsform.According to the present embodiment, in the one of the at least one first magnetic detection element and the at least one second magnetic detection element, the first or second magnetic layer is provided with the third magnetic anisotropy, in addition to the first or second magnetic anisotropy. The details of the first to third magnetic anisotropies are the same as those of the second embodiment.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Winkelerfassungseinheit
Ein erstes Beispiel der Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf
Nun werden zweite bis vierte Beispiele der Ausgestaltung der ersten und zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheiten 11 und 12 beschrieben. In dem zweiten Beispiel umfasst das zumindest eine erste Magneterfassungselement in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 eine Magnetschicht, die mit den ersten und dritten magnetischen Anisotropien versehen ist. In diesem Fall ist zum Beispiel die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elemente, die in jedem der Magneterfassungselemente R1, R2, R3, und R4 in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit 11 enthalten sind, mit den ersten und dritten magnetischen Anisotropien versehen, und die freie Schicht von zumindest einem der einen oder mehreren MR-Elementen, die in jedem der Magneterfassungselemente R1, R2, R3 und R4 in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit
In den dritten und vierten Beispielen, wie bei dem in
In dem dritten Beispiel umfasst das zumindest eine zweite Magneterfassungselement in der zweiten Erfassungssignalerzeugungseinheit
In dem vierten Beispiel umfasst das zumindest eine erste Magneterfassungselement in der ersten Erfassungssignalerzeugungseinheit
Angesichts der Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die einfachen Achsenrichtung in den obigen ersten bis vierten Beispielen geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen abweichen.In view of the production accuracy of the MR elements and other factors, the simple axis direction in the above first to fourth examples may slightly deviate from the directions described above.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der magnetfeldbezogene Winkelfehler zweiter Ordnung durch Verwendung der dritten magnetischen Anisotropie und der ersten oder zweiten magnetischen Anisotropie korrigiert. Wie die zweite Ausführungsform beseitigt die vorliegende Ausführungsform den Bedarf an der Korrekturverarbeitungseinheit
Die übrige Ausgestaltung, Funktionsweise und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten oder zweiten Ausführungsform.The other configuration, operation and effects of the present embodiment are the same as those of the first or second embodiment.
[Vierte Ausführungsform]Fourth Embodiment
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
Das Winkelsensorsystem
In den
Entweder der Winkelsensor
Die Referenzebene in der vorliegenden Ausführungsform ist senkrecht zur Z-Richtung. Wenn sich die Relativposition des Magneten
Der Winkelsensor
In dem in
Der in
Der in
Der in
Eine Bewegung des Magneten
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Zielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält die erste Magnetfeldkomponente MF1 und die zweite Magnetfeldkomponente MF2 des Drehmagnetfelds MF jeweils die Idealmagnetfeldkomponente, die Magnetfeldkomponente der dritten Harmonischen und die Magnetfeldkomponente der fünften Harmonischen, wie in der ersten Ausführungsform.In the present embodiment, when the target angle θ varies with a predetermined period, the first magnetic field component MF1 and the second magnetic field component MF2 of the rotary magnetic field MF include the ideal magnetic field component, the third harmonic magnetic field component, and the fifth harmonic magnetic field component, respectively, as in the first embodiment.
Der Winkelsensor
Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind die gleichen wie bei einer der ersten bis dritten Ausführungsformen.The remaining configuration, function and effects of the present invention are the same as in any one of the first to third embodiments.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden. Zum Beispiel sind die Magneterfassungselemente in der vorliegenden Erfindung nicht auf Spin-Ventil-MR-Elemente (GMR- und TMR-Elemente) oder ARM-Elemente beschränkt, und können beliebige Magneterfassungselemente sein, die eine Magnetschicht haben, deren Magnetisierungsrichtung gemäß der Richtung eines Drehmagnetfelds variiert. Zum Beispiel können Hall-Elemente, die jeweils eine ferromagnetische Schicht umfassen und ferromagnetische Halleffekte nutzen, als Magneterfassungselemente verwendet werden.The present invention is not limited to the aforementioned embodiments, and various modifications can be made. For example, in the present invention, the magnetic detection elements are not limited to spin valve MR elements (GMR and TMR elements) or ARM elements, and may be any magnetic detection elements having a magnetic layer whose magnetization direction corresponds to the direction of a rotating magnetic field varied. For example, Hall elements each including a ferromagnetic layer and utilizing ferromagnetic Hall effects may be used as the magnetic detection elements.
Die magnetische Anisotropie, mit der die Magnetschicht versehen ist, ist nicht auf eine magnetische Formanisotropie beschränkt und kann eine magnetokristalline Anisotropie oder eine belastungsinduzierte magnetische Anisotropie sein.The magnetic anisotropy provided to the magnetic layer is not limited to a magnetic shape anisotropy and may be a magnetocrystalline anisotropy or a stress-induced magnetic anisotropy.
Offensichtlich sind angesichts der obigen Lehre viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist daher zu verstehen, dass die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen in anderen Ausführungsformen als den vorangegangenen, besonders bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.Obviously, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. It is therefore to be understood that within the scope of the appended claims and their equivalents, the invention may be embodied in other embodiments than the foregoing particularly preferred embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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